JP2010014039A - スクロール流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受の耐久性や寿命の低下、ピンおよび穴の焼き付きや摩耗を抑制し、振動やグリースの飛び出しを低減する。
【解決手段】ケーシング１内に回転軸受９を介して設けられた回転軸５と、回転軸５内に旋回軸受８を介して装着された旋回軸４と、ケーシング１に固定された固定スクロール２と、固定スクロール２と対面して旋回軸４の一端に設けられた旋回スクロール３とを具備するスクロール流体機械において、旋回軸４が自転しないようにするための自転防止機構として、旋回軸４の旋回スクロール３とは反対側の他端に設けられたベース１０と、ベース１０の旋回スクロール３とは反対側の面に設けられた旋回ピン１１と、旋回ピン１１が挿入されるガイド軸受１３が設けられ、ベース１０と対面してケーシング１に固定された固定板１２とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は空気圧縮機、真空ポンプ、冷媒ガス圧縮機、酸素吸入機用圧縮機、エネルギー回収や温度差発電等に使用される膨張機等として用いられるスクロール流体機械に関する。

下記特許文献１では、スクロール流体機械の旋回スクロールの自転防止機構が、該旋回スクロールの基板とケーシング側の相対位置に設けた複数個の穴と、該穴内を転動するように嵌入され回転可能に支承された同数のストレートピンとからなっている。

下記特許文献２では、旋回スクロールの自転防止機構が、該旋回スクロールの外周部付近に同じ角度間隔を保ってずらして配置された３つのガイド部を備え、これらのガイド部が駆動軸に対して直角な平面に配置され、かつ該ガイド部がそれぞれ、旋回スクロールに形成された袋孔と、蓋状のケーシング部分で保持され、前記袋孔内に突入するガイド軸受とから構成されている。

下記特許文献３では、旋回スクロールの自転防止機構が、該旋回スクロールの周方向に離間して設けられ、該旋回スクロールの軸方向に伸びる複数のガイド部と、該各ガイド部の中心に対して偏心した位置で該各ガイド部を軸方向に貫通し、両端側がケーシングによって支持された複数の支持軸と、該各支持軸の外周側に設けられ、該各支持軸により前記旋回スクロールを各ガイド部を介して摺動可能に支持する複数の軸受とから構成されている。
特開昭６２−３１０１号公報 特開昭６２−１９１６８６号公報 特開平３−１３８４７２号公報

上記特許文献１のスクロール流体機械では、ストレートピンが軸受により支えられていて、該ピンの先端が該ピンが挿入される穴との接触により荷重を受けるので、軸受に曲げモーメントが発生し、軸受の耐久性や寿命が低下する。また、軸受には必ず内部隙間があり、ストレートピンが軸受により支えられているので傾きやすく、前記穴と肩当たり接触し、ストレートピンおよび穴の焼き付きや摩耗が生じやすい。

上記特許文献２、３のスクロール流体機械では、質量の大きい軸受が旋回スクロールに設けられており、高速で旋回運動するので、振動が生じやすく、また軸受からグリースが飛び出しやすい問題があった。

本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、軸受の耐久性や寿命の低下、ピンおよび穴の焼き付きや摩耗を抑制し、また振動やグリースの飛び出しを低減することができるスクロール流体機械を提供することにある。

この目的を達成するため、本発明は、ケーシングと、前記ケーシング内に軸受を介して回転可能に設けられた回転軸と、前記回転軸内に設けられた偏心穴に軸受を介して装着された旋回軸と、前記ケーシングに固定された固定スクロールと、前記固定スクロールと対面して前記旋回軸の一端に設けられた旋回スクロールとを具備し、前記回転軸の回転により前記旋回軸が旋回運動をする偏心駆動機構を有するスクロール流体機械において、前記旋回軸が自転しないようにするための自転防止機構として、前記旋回軸の前記旋回スクロールとは反対側の他端に設けられたベースと、前記ベースの前記旋回スクロールとは反対側の面に設けられた旋回ピンと、前記ベースと対面して前記ケーシングに固定された固定板と、前記固定板に設けられ、かつ前記旋回ピンが挿入されたガイド軸受とを有することを特徴とする。

また、前記ベースが、放射状に３方向に延びる腕を有し、前記腕の先端部に、前記旋回軸の中心を中心とする円周上にそれぞれ中心がある前記旋回ピンが設けられていることを特徴とする。

また、前記ガイド軸受が、内輪と外輪を有する転がり軸受であることを特徴とする。

また、前記旋回ピンの旋回半径をｒ、前記旋回ピンの外径をＤ_Ｐ、前記ガイド軸受の内輪の内径をＤ_Ｂとすると、Ｄ_Ｂ−Ｄ_Ｐ＝２ｒの関係があることを特徴とする。

また、前記旋回ピンが樽形状をしていることを特徴とする。

また、前記旋回ピンが、ピンネックと、前記ピンネックの先端に設けられ、前記ピンネックよりも外径の大きいピンヘッドとからなることを特徴とする。

また、前記旋回ピンの旋回半径をｒ、前記ピンヘッドの外径をＤ_ＰＨ、前記ガイド軸受の内輪の内径をＤ_Ｂとすると、Ｄ_Ｂ−Ｄ_ＰＨ＜２ｒの関係があることを特徴とする。

さらに、前記旋回ピンと前記ガイド軸受との接触部の少なくとも一方の表面に自己潤滑材からなるコーティング材が設けられていることを特徴とする。

本発明に係るスクロール流体機械においては、軸受の耐久性や寿命の低下、ピンおよび穴の焼き付きや摩耗を抑制し、また振動やグリースの飛び出しを低減することができる。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１のスクロール流体機械を示す概略断面図である。図１に示すように、ケーシング１に固定スクロール２が固定され、固定スクロール２には渦巻状のラップ２００が設けられている。また、ケーシング１にステータ７が固定され、ケーシング１に回転軸受９を介して回転軸５が回転可能に支持され、回転軸５にロータ６が固定され、ステータ７、ロータ６等によりモータが構成されている。また、回転軸５内に貫通して回転軸５の軸線と軸線が平行な偏心穴が設けられ、この回転軸５の偏心穴に旋回軸受８を介して旋回軸４が回転可能に装着支持され、回転軸５の中心線と旋回軸４の中心線とは偏っている。すなわち、旋回軸４は回転軸５に偏心して回転可能に支持されている。また、旋回軸４の一端に旋回スクロール３が取り付けられ、旋回スクロール３には固定スクロール２のラップ２００と同一形状のラップ３００が設けられ、旋回スクロール３のラップ３００と固定スクロール２のラップ２００とが重なり合っており、これにより複数の膨張室が形成され、固定スクロール２、旋回スクロール３等により本実施の形態では膨張機本体が構成されている。

なお、旋回軸４の偏心旋回を許容し、かつ、旋回軸４の自転を防止する自転防止機構についてはあとで詳述する。

また、固定スクロール２に注入口１４が設けられ、ケーシング１に排出口１５が設けられ、注入口１４、排出口１５は膨張室に連通している。そして、ケーシング１、モータ、回転軸５、旋回軸４、自転防止機構等により偏心旋回駆動装置が構成されている。

このスクロール流体機械においては、旋回軸４は回転軸５の中心線を中心として偏心旋回するが、後述の自転防止機構が設けられているから、旋回軸４は自転しない。このため、旋回軸４、旋回スクロール３がケーシング１、固定スクロール２に対して回転せずに偏心旋回するから、注入口１４から高圧のガスを注入すると、旋回スクロール３のラップ３００と固定スクロール２のラップ２００により構成される膨張室内でガスが膨張し、旋回スクロール３を駆動し、旋回軸４が旋回運動することにより回転軸５が回転し、発電機のロータ６が回転してステータ７のコイルが発電する。膨張した低圧のガスは排出口１５から外部へ排出する。なお、ここではエネルギー回収や温度差発電等に使用される膨張機の例を挙げて示しているが、本発明はこれに限定されず、空気圧縮機、真空ポンプ、冷媒ガス圧縮機、酸素吸入機用圧縮機等として用いられるスクロール流体機械に適用可能なことは言うまでもない。

次に、本発明に係る旋回軸４の自転を防止する自転防止機構について詳述する。

図２（ａ）は本発明の実施の形態１のベース１０の正面図、（ｂ）は側面図、図３は固定板１２の正面図、図４は１個のガイド軸受１３と旋回ピン１１が組み合わされた状態を示す正面図である。

本実施の形態では、旋回軸４が自転しないようにするための自転防止機構として、旋回軸４の旋回スクロール３とは反対側の他端に設けられたベース１０と、このベース１０の旋回スクロール３とは反対側の面に設けられた旋回ピン１１と、ベース１０と対面してケーシング１に固定された固定板１２と、この固定板１２に設けられ、かつ旋回ピン１１が挿入されたガイド軸受１３とを有している。

ベース１０は例えば、図２に示すように放射状に３方向に延びる３個の腕１０ａを有し、これらの腕１０ａの先端部に旋回ピン１１が植え込まれている。これらの旋回ピン１１のそれぞれの中心は、旋回軸４の中心を中心とする円周上にある。

図３に示すように固定板１２には旋回ピン１１が嵌入されるガイド軸受１３が設けられている。ガイド軸受１３は例えば図３に示すように内輪１３ａと外輪１３ｂを有する深溝玉軸受等の転がり軸受である。

図４に示すように旋回ピン１１の旋回半径をｒ、旋回ピン１１の外径をＤ_Ｐ、ガイド軸受１３の内輪１３ａの内径をＤ_Ｂとすると、次の関係がある。

Ｄ_Ｂ−Ｄ_Ｐ＝２ｒ （数式１）
旋回軸４が設定された旋回半径ｒで駆動されると、旋回ピン１１も同じ旋回半径ｒで旋回する。このとき、数式１の関係があるから、旋回ピン１１はガイド軸受１３の内輪１３ａに接触する。すなわち、図４の破線に示すように、旋回ピン１１はガイド軸受１３の内輪１３ａに接触しながら旋回することになる。

ベース１０に設けられた３箇所の旋回ピン１１が、図４に示すように固定板１２に固定されたガイド軸受１３の内輪１３ａに接触するので、旋回軸４は回転することができない。したがって、旋回スクロール３は自転防止されて旋回運動することになる。

本実施の形態では、ガイド軸受１３には旋回ピン１１による水平荷重しかかからず、曲げモーメントが発生しない。旋回ピン１１もベース１０にしっかり固定されているので傾かない。したがって、ガイド軸受１３の耐久性や寿命の低下を抑制し、旋回ピン１１およびガイド軸受１３の穴の焼き付きや摩耗を抑制することができ、信頼性を向上することができる。

また、ガイド軸受１３がケーシング１に固定された固定板１２に設けられており、ガイド軸受１３は固定されたまま回転するだけなので、振動が生じにくく、また軸受からグリースが飛び出しにくい。

なお、本実施の形態において旋回ピン１１、それに対応するガイド軸受１３は３個ずつ設けたが、旋回ピン１１、ガイド軸受１３の数はこれに限定されず、１個でも２個でも４個以上でも本発明の効果を得ることができる。

以下、実施の形態１の変形例である実施の形態２〜４について説明する。

（実施の形態２）
図５は実施の形態１の図２（ｂ）に対応する実施の形態２のベース１０の側面図である。本実施の形態では、旋回ピン１１が図５に示すように樽形状をしている。このような構成により、旋回ピン１１がガイド軸受１３の内輪１３ａと肩当たりしないで、円滑に接触し、旋回運動することができる。したがって、旋回ピン１１とガイド軸受１３との接触部が損傷しにくく、摩耗や騒音の発生も低減することができる。

（実施の形態３）
図６は実施の形態１の図２（ｂ）および実施の形態２の図５に対応する実施の形態３のベース１０の側面図である。本実施の形態では、旋回ピン１１が、ピンヘッド１１ａとピンネック１１ｂから構成されている。ピンヘッド１１ａは、ピンネック１１ｂの先端に設けられ、ピンネック１１ｂよりも外径が大きくなっている。このような構成により、ピンヘッド１１ａを常にガイド軸受１３の内輪１３ａにある程度の力で接触させることができ、接触荷重が減少するので、損傷、摩耗、騒音の発生をより低減することができる。

（実施の形態４）
図７は実施の形態４の固定板１２と旋回ピン１１のピンヘッド１１ａとの関係を示す図で、固定板１２は断面が示されている。

本実施の形態では、図７に示すように旋回ピン１１の旋回半径をｒ、ピンヘッド１１ａの外径をＤ_ＰＨ、ガイド軸受１３の内輪１３ａの内径をＤ_Ｂとすると、次の関係がある。

Ｄ_Ｂ−Ｄ_ＰＨ＜２ｒ （数式２）
このような構成により、ピンヘッド１１ａは自然の状態よりも常にやや内側に寄せられて旋回運動するから、旋回ピン１１のたわみによる荷重で常にガイド軸受１３の内輪１３ａの内面に押し付けられて旋回運動する。数式２の左辺と右辺の差をわずかにしておくと、弱い力で接触するので、損傷、摩耗、騒音の発生をより低減することができる。

（実施の形態５）
図８は実施の形態５の固定板１２と旋回ピン１１のピンヘッド１１ａとの関係を示す図で、固定板１２は断面が示されている。

本実施の形態では、旋回ピン１１とガイド軸受１３の内輪１３ａとの接触部の少なくとも一方、ここでは旋回ピン１１のピンヘッド１１ａの表面に自己潤滑材からなるコーティング材１４が設けられている。

コーティング材１４は例えばＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、フッ素樹脂、二硫化モリブデン、またはそれらの複合材料である。

このような構成により、旋回ピン１１とガイド軸受１３との接触部の損傷、摩耗、騒音の発生をより低減することができる。

以上説明した実施の形態はあくまで例であり、本発明はこれらに限定されず、他の変形や修正があり得ることはいうまでもない。

本発明の実施の形態１のスクロール流体機械の概略断面図である。 （ａ）は本発明の実施の形態１のベース１０の正面図、（ｂ）は側面図である。 本発明の実施の形態１の固定板１２の正面図である。 本発明の実施の形態１の１個のガイド軸受１３と旋回ピン１１が組み合わされた状態を示す正面図である。 本発明の実施の形態２のベース１０の側面図である。 本発明の実施の形態３のベース１０の側面図である。 本発明の実施の形態４の固定板１２と旋回ピン１１のピンヘッド１１ａとの関係を示す図である。 本発明の実施の形態５の固定板１２と旋回ピン１１のピンヘッド１１ａとの関係を示す図である。

符号の説明

１…ケーシング、２…固定スクロール、３…旋回スクロール、４…旋回軸、５…回転軸、６…ロータ、７…ステータ、８…旋回軸受、９…回転軸受、１０…ベース、１０ａ…腕、１１…旋回ピン、１１ａ…ピンヘッド、１１ｂ…ピンネック、１２…固定板、１３…ガイド軸受、１３ａ…内輪、１３ｂ…外輪、１４…コーティング材。

Claims (8)

1. ケーシングと、前記ケーシング内に軸受を介して回転可能に設けられた回転軸と、前記回転軸内に設けられた偏心穴に軸受を介して装着された旋回軸と、前記ケーシングに固定された固定スクロールと、前記固定スクロールと対面して前記旋回軸の一端に設けられた旋回スクロールとを具備し、前記回転軸の回転により前記旋回軸が旋回運動をする偏心駆動機構を有するスクロール流体機械において、
   前記旋回軸が自転しないようにするための自転防止機構として、
   前記旋回軸の前記旋回スクロールとは反対側の他端に設けられたベースと、前記ベースの前記旋回スクロールとは反対側の面に設けられた旋回ピンと、前記ベースと対面して前記ケーシングに固定された固定板と、前記固定板に設けられ、かつ前記旋回ピンが挿入されたガイド軸受とを有することを特徴とするスクロール流体機械。
2. 前記ベースが、放射状に３方向に延びる腕を有し、前記腕の先端部に、前記旋回軸の中心を中心とする円周上にそれぞれ中心がある前記旋回ピンが設けられていることを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械。
3. 前記ガイド軸受が、内輪と外輪を有する転がり軸受であることを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械。
4. 前記旋回ピンの旋回半径をｒ、前記旋回ピンの外径をＤ_Ｐ、前記ガイド軸受の内輪の内径をＤ_Ｂとすると、Ｄ_Ｂ−Ｄ_Ｐ＝２ｒの関係があることを特徴とする請求項３記載のスクロール流体機械。
5. 前記旋回ピンが樽形状をしていることを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械。
6. 前記旋回ピンが、ピンネックと、前記ピンネックの先端に設けられ、前記ピンネックよりも外径の大きいピンヘッドとからなることを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械。
7. 前記旋回ピンの旋回半径をｒ、前記ピンヘッドの外径をＤ_ＰＨ、前記ガイド軸受の内輪の内径をＤ_Ｂとすると、Ｄ_Ｂ−Ｄ_ＰＨ＜２ｒの関係があることを特徴とする請求項６記載のスクロール流体機械。
8. 前記旋回ピンと前記ガイド軸受との接触部の少なくとも一方の表面に自己潤滑材からなるコーティング材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか記載のスクロール流体機械。

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